2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 課后分級(jí)演練29 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象.doc

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課后分級(jí)演練(二十九) 法拉第電磁感應(yīng)定律 自感現(xiàn)象 【A級(jí)——基礎(chǔ)練】 1.如圖所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、開關(guān)K與一個(gè)n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場(chǎng)B中．兩板間放一臺(tái)小型壓力傳感器，壓力傳感器上表面絕緣，在其上表面靜止放置一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球．K沒有閉合時(shí)傳感器有示數(shù)，K閉合時(shí)傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话耄畡t線圈中磁場(chǎng)B的變化情況和磁通量的變化率分別為(　　) A．正在增強(qiáng)，＝　　 B．正在增強(qiáng)，＝ C．正在減弱，＝ D．正在減弱，＝ 解析：B　根據(jù)K閉合時(shí)傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，推出帶正電小球受向上的電?chǎng)力，即上極板帶負(fù)電，下極板帶正電，線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向從上極板經(jīng)線圈流向下極板，根據(jù)安培定則知感應(yīng)磁場(chǎng)的方向向下，與原磁場(chǎng)方向相反，又由楞次定律得線圈中磁場(chǎng)正在增強(qiáng)；對(duì)小球受力分析得q＝，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝n，代入得＝，故B正確． 2．如圖甲所示，電路的左側(cè)是一個(gè)電容為C的電容器，電路的右側(cè)是一個(gè)環(huán)形導(dǎo)體，環(huán)形導(dǎo)體所圍的面積為S，在環(huán)形導(dǎo)體中有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示．則在0～t0時(shí)間內(nèi)，電容器(　　) A．上極板帶正電；所帶電荷量為 B．上極板帶正電，所帶電荷量為 C．上極板帶負(fù)電，所帶電荷量為 D．上極板帶負(fù)電，所帶電荷量為 解析：A　由題圖乙可知＝，B增大，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向，故電容器上極板帶正電，E＝n＝，Q＝CE＝，故A正確． 3.(多選)法拉第圓盤發(fā)電機(jī)的示意圖如圖所示．銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸．圓盤處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中．圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是(　　) A．若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，則電流大小恒定 B．若從上向下看，圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電流沿a到b的方向流動(dòng) C．若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化 D．若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍 解析：AB　設(shè)圓盤的半經(jīng)為r，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，則圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E＝Brω2，可知，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒定，電動(dòng)勢(shì)恒定，電流恒定，A項(xiàng)正確；根據(jù)右手定則可知，從上向下看，圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤中電流由邊緣指向圓心，即電流沿a到b的方向流動(dòng)，B項(xiàng)正確；圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，產(chǎn)生的電流方向不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；若圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝I2R可知，電阻R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?6倍，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 4.如圖為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖，線圈匝數(shù)為n，面積為S.若在t1到t2時(shí)間內(nèi)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)平行于線圈軸線向右穿過線圈，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由B1均勻增加到B2，則該段時(shí)間線圈兩端a和b之間的電勢(shì)差φa－φb(　　) A．恒為 B．從0均勻變化到 C．恒為－ D．從0均勻變化到－ 解析：C　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，E＝n＝n，由楞次定律可以判斷a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)，所以a、b兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為－n，C項(xiàng)正確． 5．隨著新能源轎車的普及，無線充電技術(shù)得到進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用．一般給大功率電動(dòng)汽車充電時(shí)利用的是電磁感應(yīng)原理．如圖所示，由地面供電裝置(主要裝置有線圈和電源)將電能傳送至電動(dòng)車底部的感應(yīng)裝置(主要裝置是線圈)，該裝置使用接收到的電能對(duì)車載電池進(jìn)行充電，供電裝置與車身接收裝置之間通過磁場(chǎng)傳送能量，由于電磁輻射等因素，其能量傳輸效率只能達(dá)到90%左右．無線充電樁一般采用平鋪式放置，用戶無需下車、無需插電即可對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電．目前，無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15～25 cm，允許的錯(cuò)位誤差一般為15 cm左右．下列說法正確的是(　　) A．無線充電樁的優(yōu)越性之一是在百米開外也可以對(duì)電動(dòng)汽車快速充電 B．車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 C．車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場(chǎng)方向相反 D．若線圈均采用超導(dǎo)材料則能量的傳輸效率有望達(dá)到100% 解析：B　題中給出無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15～25 cm，在百米開外無法充電，故A項(xiàng)錯(cuò)誤．該充電裝置是通過改變地面供電裝置的電流使電動(dòng)車底部的感應(yīng)裝置產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律可知，車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，故B項(xiàng)正確．由于不知道地面供電裝置的電流是增大還是減小，故車身感應(yīng)線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)不一定總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場(chǎng)方向相反，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．由于電磁輻射等因素，傳輸效率不可能達(dá)到100%，故D項(xiàng)錯(cuò)誤． 6.金屬桿ab水平放置在某高處，當(dāng)它被平拋進(jìn)入方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)(如圖所示)，忽略空氣阻力，以下說法中正確的是(　　) A．運(yùn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，且φa>φb B．運(yùn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，且φa<φb C．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷變大，且φa>φb D．由于速率不斷增大，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不斷變大，且φa<φb 解析：A　金屬桿做平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向勻速垂直切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，由右手定則知，a端電勢(shì)比b端高，豎直方向平行磁感線運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變，并且a端電勢(shì)比b端高，即選項(xiàng)A正確，其他錯(cuò)誤． 7.如圖，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一由半圓弧及其直徑構(gòu)成的導(dǎo)線框，半圓直徑與磁場(chǎng)邊緣重合；磁場(chǎng)方向垂直于半圓面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.使該線框從靜止開始繞過圓心O、垂直于半圓面的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周，在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流．現(xiàn)使線框保持圖中所示位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間線性變化．為了產(chǎn)生與線框轉(zhuǎn)動(dòng)半周過程中同樣大小的電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化率的大小應(yīng)為(　　) A. B. C. D. 解析：C　由導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)半徑為r，導(dǎo)線框電阻為R，在很短的Δt時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)過圓心角Δθ＝ωΔt，由法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律可得感應(yīng)電流I1＝＝＝；當(dāng)導(dǎo)線框不動(dòng)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，同理可得感應(yīng)電流I2＝＝，令I(lǐng)1＝I2，可得＝，C對(duì)． 8.(2017北京西城區(qū)期末)如圖所示，線圈L與小燈泡A并聯(lián)后接到電源上．先閉合開關(guān)S，穩(wěn)定后，通過線圈的電流為I1，通過小燈泡的電流為I2.斷開開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下再熄滅．則下列說法正確的是(　　) A．I1I2，A、B錯(cuò)；開關(guān)S斷開瞬間電源與線圈和小燈泡斷開，線圈中的電流要發(fā)生突變，所以線圈中會(huì)感應(yīng)出新的電動(dòng)勢(shì)阻礙原電流的減小，所以線圈中的電流方向不變，D對(duì)；斷開開關(guān)瞬間因?yàn)榫€圈相當(dāng)于電源與燈泡構(gòu)成一個(gè)回路，流過燈泡的電流方向與開始時(shí)方向相反，C錯(cuò)． 9.(2017無錫模擬)如圖所示，三個(gè)燈泡L1、L2、L3的電阻關(guān)系為R1I2>I3，開關(guān)K從閉合狀態(tài)突然斷開時(shí)，電感線圈、L1、L3組成閉合回路，L1逐漸變暗，通過L3的電流由I3變?yōu)镮1，再逐漸減小，故L3先變亮，然后逐漸變暗，而由于二極管的反向截止作用，L2立即熄滅，選項(xiàng)B正確． 10.如圖所示，MN、PQ是兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為d，導(dǎo)軌所在平面與水平面成θ角，M、P間接阻值為R的電阻．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與導(dǎo)軌所在平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.質(zhì)量為m、阻值為r的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下，以速度v勻速向上運(yùn)動(dòng)．已知金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直并且保持良好接觸，重力加速度為g.求： (1)金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E； (2)通過電阻R的電流I； (3)拉力F的大?。? 解析：(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E＝Bdv. (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得 I＝＝ (3)導(dǎo)體棒的受力情況如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律有F－F安－mgsin θ＝0， 又因?yàn)镕安＝BId＝，所以F＝mgsin θ＋. 答案：(1)Bdv　(2)　(3)mgsin θ＋ 【B級(jí)——提升練】 11.(多選)1824年，法國(guó)科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實(shí)驗(yàn)”．實(shí)驗(yàn)中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖所示．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場(chǎng)中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動(dòng)起來，但略有滯后．下列說法正確的是(　　) A．圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) C．在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，磁針的磁場(chǎng)穿過整個(gè)圓盤的磁通量發(fā)生了變化 D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運(yùn)動(dòng)形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：AB　把圓盤等效成由無數(shù)輻條組成的自行車車輪，車輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輻條切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但由于不同的輻條所在位置磁場(chǎng)大小及方向不相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不相同，從而在圓盤內(nèi)部形成渦形電流，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B正確．由于磁針放在圓盤中心正上方，穿出與穿入的磁感線應(yīng)該一樣多，即穿過圓盤的磁通量始終為零，C錯(cuò)誤．圓盤整體不帶電，若無磁場(chǎng)，則正負(fù)電荷均做圓周運(yùn)動(dòng)，不會(huì)形成電流，D錯(cuò)誤． 12．(多選)線圈所圍的面積為0.1 m2，線圈電阻為1 Ω.規(guī)定線圈中感應(yīng)電流I的正方向從上往下看沿順時(shí)針方向，如圖甲所示．磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示．則以下說法正確的是(　　) A．在0～5 s時(shí)間內(nèi)，I的最大值為0.01 A B．在t＝4 s時(shí)刻，I的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 C．前2 s內(nèi)，通過線圈某一截面的總電荷量為0.01 C D．第3 s內(nèi)，線圈的發(fā)熱功率最大 解析：BC　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n＝n可知，在B－t圖象中圖線的斜率越大，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，由圖乙可知，t＝0時(shí)刻線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，Emax＝> V＝0.01 V，由歐姆定律得Imax＝>＝0.01 A，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；3～5 s內(nèi)，豎直向上的磁場(chǎng)一直在減弱，根據(jù)楞次定律可知，線圈中感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針方向，選項(xiàng)B正確；由法拉第電磁感應(yīng)定律得＝，由閉合電路歐姆定律得＝，通過線圈某一橫截面的電荷量q＝Δt，聯(lián)立以上三式得，前2 s內(nèi)通過線圈某一截面的總電荷量q＝＝＝ C＝0.01 C，選項(xiàng)C正確；線圈的發(fā)熱功率P＝＝()2，由此可知在B－t圖象中圖線的斜率越大，線圈的發(fā)熱功率越大，由圖乙可知，t＝0時(shí)刻線圈的發(fā)熱功率最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 13.在xOy平面內(nèi)有一條拋物線金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的拋物線方程為y2＝4x，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向里，一根足夠長(zhǎng)的金屬棒ab垂直于x軸從坐標(biāo)原點(diǎn)開始，以恒定速度v沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中始終與金屬導(dǎo)軌保持良好接觸，如圖所示．則下列圖象中能表示回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小隨時(shí)間變化的是(　　) 解析：B　金屬棒ab沿x軸以恒定速度v運(yùn)動(dòng)，因此x＝vt，則金屬棒在回路中的有效長(zhǎng)度l＝2y＝4＝4，由電磁感應(yīng)定律得回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv＝4B，即E2∝t，選項(xiàng)B正確． 14．如圖甲所示，光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L＝0.30 m．導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，其間接有定值電阻R＝0.40 Ω.導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量為m＝0.10 kg、電阻r＝0.20 Ω的金屬桿ab，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向豎直向下．利用一外力F沿水平方向拉金屬桿ab，使之由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，電壓傳感器可將R兩端的電壓U即時(shí)采集并輸入電腦，電腦屏幕描繪出U隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示．求： (1)金屬桿加速度的大小； (2)第2 s末外力的瞬時(shí)功率． 解析：(1)設(shè)金屬桿的運(yùn)動(dòng)速度為v，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝BLv， 通過電阻R的電流I＝， 電阻R兩端的電壓U＝IR＝. 由圖乙可得U＝kt，k＝0.10 V/s， 解得v＝t， 金屬桿做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度a＝＝1.0 m/s2. (2)在第2 s末，F(xiàn)安＝BIL＝＝＝0.075 N. 設(shè)外力大小為F2，由F2－F安＝ma解得F2＝0.175 N. 故第2 s末外力的瞬時(shí)功率P＝F2at＝0.35 W. 答案：(1)1.0 m/s2　(2)0.35 W 15．(1)如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌，間距L＝0.3 m，在導(dǎo)軌間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0.5 T．一根直金屬桿MN以v＝2 m/s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng)，桿MN始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．桿MN的電阻r1＝1 Ω，導(dǎo)軌的電阻可忽略．求桿MN中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1. (2)如圖乙所示，一個(gè)匝數(shù)n＝100的圓形線圈，面積S1＝0.4 m2，電阻r2＝1 Ω.在線圈中存在面積S2＝0.3 m2垂直線圈平面(指向紙外)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示．求圓形線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2. (3)將一個(gè)R＝2 Ω的電阻分別與圖甲和圖乙中的a、b端相連接，然后b端接地．試判斷以上兩種情況中，哪種情況a端的電勢(shì)較高？并求出較高的電勢(shì)φa. 解析：(1)桿MN做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)， 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝B1Lv＝0.3 V. (2)穿過圓形線圈的磁通量發(fā)生變化， 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝nS2＝4.5 V. (3)題圖甲中φa>φb＝0，題圖乙中φa<φb＝0，所以當(dāng)電阻R與題圖甲中的導(dǎo)軌相連接時(shí)，a端的電勢(shì)較高． 此時(shí)通過電阻R的電流I＝ 電阻R兩端的電勢(shì)差φa－φb＝IR a端的電勢(shì)φa＝IR＝0.2 V. 答案：(1)0.3 V　(2)4.5 V　(3)與圖甲中的導(dǎo)軌相連接a端電勢(shì)高　φa＝0.2 V